嵌入式系統(tǒng)中的線性Flash文件系統(tǒng)設(shè)計

時間：2024-09-14 16:42:20 理工畢業(yè)論文我要投稿

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在嵌入式系統(tǒng)中，為了便于對閃存（Flash）空間進(jìn)行管理，會采用文件的形式來訪問Flash。目前，可以購買到的Flash文件系統(tǒng)一般都是兼容DOS的文件系統(tǒng)（Flash File System，F(xiàn)FS），這對需要一個具有復(fù)雜的目錄層次，并且DDS文件兼容的系統(tǒng)來說是必要的；但是對大多數(shù)的嵌入式應(yīng)用來說，這種文件系統(tǒng)太過奢侈。筆者在參與嵌入式系統(tǒng)項目的時候，設(shè)計了一種線性文件系統(tǒng)，它適用于大多數(shù)的嵌入式應(yīng)用對Flash文件系統(tǒng)的需求。

線性文件系統(tǒng)設(shè)計基于三個目標(biāo)：一是提供給應(yīng)用程序通過文件名而不是物理地址訪問系統(tǒng)Flash的能力；二是文件系統(tǒng)的設(shè)計獨(dú)立于實時操作系統(tǒng)（RTOS），這樣可以很容易移植到不同的嵌入式應(yīng)用中；三是設(shè)計統(tǒng)一的底層接口，適應(yīng)不同的Flash類型。本文設(shè)計的線性文件系統(tǒng)為典型的嵌入式系統(tǒng)提供了所需的類文件系統(tǒng)能力。需要注意的是，本文件系統(tǒng)不支持復(fù)雜的Flash扇區(qū)擦寫次數(shù)均衡算法，沒有目錄層次，并且和其它的文件系統(tǒng)不兼容。

1 線性文件系統(tǒng)

線性文件系統(tǒng)的設(shè)計思路是這樣的：文件分為文件頭和文件數(shù)據(jù)區(qū)兩個部分，每個文件按照順序存放在Flash中，以單向鏈表來鏈接文件。文件的起始部分是文件頭，包含文件的屬性、指向下一個文件頭的指針、文件頭和文件數(shù)據(jù)區(qū)的32位循環(huán)冗余校驗和（CRC32）等。文件頭用一個32位的字來表示文件屬性，每位表示一種屬性，如數(shù)據(jù)文件或者是可執(zhí)行文件，是否已刪除的文件等，具體可以根據(jù)應(yīng)用的需要來定義文件的屬性；文件頭和文件數(shù)據(jù)區(qū)維護(hù)獨(dú)立的CRC32校驗，使文件系統(tǒng)能更精確檢測文件的完整性。文件的起始地址沒有特殊需求，分配給文件系統(tǒng)的Flash大小限制了文件的大小。另外，線性文件系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一個功能模塊，它為應(yīng)用程序提供與標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)類似的API接口，如：read()、write()、open（）、close()、stat()和seek（）等。對于同時在多片F(xiàn)lash的系統(tǒng)而言，每片F(xiàn)lash相當(dāng)于一個目標(biāo)，文件都可存儲在任何一片中（當(dāng)然受物理空間限制），但不能跨片存儲。

圖1 Flash文件系統(tǒng)空間

在第一個文件創(chuàng)建之前，必須進(jìn)行初始化，將所有分配給文件系統(tǒng)的Flash空間擦除。當(dāng)創(chuàng)建第一個文件時，起始位置從文件系統(tǒng)的起始地址開始，文件頭指針指向下一個空文件的起始位置（鏈表尾部）；第二個文件的位置從當(dāng)前的鏈表尾部開始，同時文件頭中的鏈表指針指向新的尾部。刪除文件時，僅僅是簡單地把文件頭的標(biāo)識位中的活動文件標(biāo)識位置0，表示刪除。這樣，在經(jīng)過多次刪除之后，就有必要運(yùn)行碎片整理模塊來進(jìn)行文件系統(tǒng)Flash空間的碎片整理。碎片整理模塊還需要在文件系統(tǒng)Flash空間尾部留一個扇區(qū)來數(shù)據(jù)備份，以便當(dāng)碎片整理被打斷時（如下電或者復(fù)位）可以恢復(fù)文件系統(tǒng)。這個保留的扇區(qū)稱空閑扇區(qū)。它必須放在文件系統(tǒng)空間之后，這樣可以保證文件系統(tǒng)的所有文件在所占用的Flash空間是連續(xù)的。整個文件空間的分配如圖1所示。

陰影部分是文件頭，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

struct hdr{

unsigned short hdrsize; /*文件頭字節(jié)數(shù)*/

long filsize; /*文件頭版本*/

long filsize; /*文件大小*/

long flags; /*描述文件的標(biāo)識*/

unsigned long filcrc； /*文件數(shù)據(jù)的CRC32的值*/

unsigned long hdrcec; /*文件的最后修改時間*/

struct hdr *next; /*指向下一個文件頭的指針*/

char name[NAMESIZE]; /*文件名*/

char info[INFOSIZE]; /*文件描述信息*/

};

碎片整個記錄區(qū)包含兩種數(shù)據(jù)類型：碎片整理文件頭信息表defraghdr和文件區(qū)扇區(qū)整理前后的CRC值備份表sectorcre。具體的地址分配從空閑扇區(qū)的起始地址減1開始，往前分配文件系統(tǒng)扇區(qū)數(shù)乘以4字節(jié)作為sectorcrc的空間；從sectorcrc起始地址減1開始，往前分配活動文件個數(shù)乘以64字節(jié)作為碎片整理文件頭信息表。這兩個結(jié)構(gòu)定義如下：

struct defraghdr{

struct hdr *ohdr; /*文件頭的原始位置指針*/

struct hdr *nextfile; /*指向下一個文件的指針*/

long filsize; /*文件大小*/

unsigned long crc; /*這個頭的CRC32值*/

unsigned long ohdrcrc; /*原始文件頭CRC32值的拷貝*/

long idx; /*碎片整理表頭的索引*/

long nesn; /*新的文件尾的扇區(qū)號*/

long neso; /*新的文件尾的扇區(qū)偏移量*/

char *nda; /*新的文件起始地址*/

char fname[NAMESIZE]; /*文件名*/

};